อวัยวะมนุษย์ที่ใหญ่ที่สุดถูกสร้างขึ้นใหม่ในห้องปฏิบัติการ แข็งแกร่งเป็นสองเท่าของเรา

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Donghua ในประเทศจีน และ Jülich Center for Neutron Science (JCNS) ในเยอรมนี เมื่อเร็วๆ นี้

พัฒนาผิวหนังไอออนิกเทียมแบบใหม่โดยใช้นาโนแท็กยืดหยุ่นที่สามารถรักษาตัวเองได้ โครงสร้างที่เกี่ยวพันกันนี้มีลักษณะคล้ายผิวหนังของมนุษย์

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา หุ่นยนต์จากทั่วโลกกำลังพยายามสร้างระบบเทียมที่คล้ายกับส่วนต่างๆ ของร่างกายมนุษย์และทำซ้ำการทำงาน ซึ่งรวมถึงผิวหนังเทียม ซึ่งเป็นชั้นป้องกันที่จะปรับปรุงความสามารถทางประสาทสัมผัสของหุ่นยนต์ด้วย

“ดังที่เราทราบ ผิวหนังคือสิ่งที่ใหญ่ที่สุดอวัยวะของร่างกายมนุษย์ที่ทำหน้าที่เป็นชั้นป้องกันและส่วนติดต่อทางประสาทสัมผัสเพื่อให้ร่างกายของเราแข็งแรงและตอบสนอง” Shentong Sun หนึ่งในผู้เขียนการศึกษากล่าวกับ TechXplore “ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของปัญญาประดิษฐ์และหุ่นยนต์แบบอ่อน วิศวกรจึงพยายามปกปิดหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ด้วยผิวหนังเทียมที่สร้างคุณสมบัติทางกลและประสาทสัมผัสทั้งหมดของมนุษย์ เพื่อให้พวกมันรับรู้สภาพแวดล้อมภายนอกที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา เช่นเดียวกับเรา”

เพราะผิวมนุษย์คือระบบที่ซับซ้อนมาก มันยากมากที่จะเลียนแบบการทำงานทั้งหมดของมัน ตัวอย่างเช่น ผิวหนังของมนุษย์สามารถรับรู้ถึงการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมต่างๆ ได้ เช่น แรงกด การเสียรูปของพื้นผิว และความผันผวนของอุณหภูมิ เพียงแค่รับสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ไอออน

ผิวอิออนไฮบริดที่รักษาตัวเองด้วยโครงสร้างนาโนไฟเบอร์ตามเทคโนโลยีชีวภาพของผิวหนังมนุษย์จริง รูปภาพ: Wang et al.

แรงบันดาลใจจากโครงสร้างธรรมชาติของผิวมนุษย์วิศวกรได้สร้างสิ่งเทียมขึ้นโดยใช้นาโนแท็กที่รักษาตัวเองและเมทริกซ์ไอออนิก พวกเขาทำซ้ำการทำงานของคอลลาเจนและอีลาสติน (โปรตีนเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน) ตามลำดับ ผลที่ได้คือวัสดุที่อ่อนนุ่ม แต่จะแข็งเมื่อยืดออก คุณสมบัตินี้เรียกว่าความตึงของความเครียด นอกจากนี้ ผิวหนังเทียมแบบใหม่จะสมานตัวเองหลังจากเกิดความเสียหาย ทนต่อความเหนื่อยล้า และตอบสนองต่อการเสียรูปของรูปร่างได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้งานทางประสาทสัมผัส

แรงบันดาลใจจากนาโนไฟเบอร์ที่ซ่อมแซมได้โครงสร้างผิวหนัง วิศวกรได้สร้างผิวไอออนิกเทียมโดยผสมผสานโครงนั่งร้านนาโนเมชแบบยืดหยุ่นที่สามารถรักษาตัวเองได้เข้ากับเมทริกซ์ไอออนิกแบบนุ่มที่รักษาตัวเองได้ นาโนแท็กได้มาจากการใช้อิเล็กโตรสปินนิ่งโพลียูรีเทนสังเคราะห์ ซึ่งรักษาตัวเองได้เนื่องจากการแลกเปลี่ยนพันธะไดซัลไฟด์ที่อุณหภูมิห้อง เมทริกซ์ไอออนิกถูกเตรียมโดยการระเหยสารละลายที่เป็นน้ำของกรดพอลิอะคริลาไมด์-อะคริลิก กรดไฮยาลูโรนิกและCaCl₂ (แคลเซียมคลอไรด์)

การทดลองแสดงให้เห็นว่าการยืดเหยียด 10,000 รอบก็ไม่ทำให้ผิวหนังเสียหาย ขีดจำกัดความล้าที่คำนวณได้ของผิวอิออนไฮบริดเกือบสองเท่าของกล้ามเนื้อมนุษย์

อ่านเพิ่มเติม:

NASA เผยอนาคตของระบบสุริยะจะเป็นอย่างไร

นักฟิสิกส์ได้ทำให้อะตอมเย็นลงเพื่อบันทึกอุณหภูมิ พวกมันเย็นกว่าอวกาศเป็นพันล้านเท่า

นักวิจัยอธิบายว่าเหตุใดอินเดียและเอเชียจึงชนกันอย่างรวดเร็ว

ภาพหน้าปก: Kai Jacobson/UBC Faculty of Applied Science จากการศึกษาเกี่ยวกับผิวหนังด้วยไอออนิกอื่น